气体粘度计算公式及其对旋风分离器分离效率的影响

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含气相的多相系统的很多行为都依赖于气体的粘度。现举两个普通的例子,在特定条件下或者是在用Stokes(斯托克斯)方程来计算系统中微粒的自由沉降速度时,都需要知道气体的粘度值以确定Reynolds(雷诺)数。
气体在流动过程中,在两相邻流层之间,由于存在相对运动,而在接触面上产生切向作用力,这种力称为内摩擦力或切应力。
粘度是流体或者气体的性质,也就是它们的抗变形性。 更具体的讲,粘度就是切应力和切应变的比值。
对于大多数的气体,温度对粘度的影响可以通过Sutherland(萨瑟兰)方程来表征。
其中η= 温度 T 时的粘度
η0 = 温度 T0 时的粘度
T = 终态气体温度, K
To = 初始气体温度, K
C = Sutherland(萨瑟兰)常数
对于大多数的应用,可以假设气体粘度和压力是相互独立的。为了获得混合气体的粘度值,可以通过估算得到,具体的方法是将每种组分的粘度与其体积分数(摩尔分数)相乘,然后相加得出。
在旋风分离器的选择或最终运行过程中,气体的粘度也是需考虑的一个非常重要的因素。因为,我们需从此气体中移除微粒。粘度是对气体或液体流动阻力进行量度的物理量。由于气体分子需要移动让开道路,以便为其它物体(或微粒)让出空间通道,气体粘度与物体在某些驱动力作用下穿过该气体时,该种气体施加在物体上的拉力直接相关,并与物体接下来所能达到的速度密切相关。斯托克斯定律可准确描述此种效应,微粒的终点速度与气体粘度成反比关系。
尽管在实际的工业应用过程中,不可能通过对气体的粘度进行控制来达到我们的目的,但深刻理解粘度与旋风分离器的运行情况间的关系,还是非常重要的。
在实际考虑时,我们假定气体的粘度不会随压力的改变而发生变化(特别在常压下,可以不予考虑) 。随着气体温度的升高,气体的粘度逐渐增大,其导致的结果将是:旋风分离器的分离效率曲线会随之向着收集效率变低的方向发生变化。若其它因素均保持不变,随着气体温度的降低,气体的粘度也会随之降低,其结果会导致旋风分离器的集尘效率随之升高。理解气体粘度对旋风分离器的工作性能的影响非常重要,这是由于构造相对简单的旋风分离器常被选用在高温条件下和/或与非空气气体接触的苛刻条件下工作。气体的粘度是一种经测量才能取得的性质,其不能够通过对该气体的其它物理性质进行计算得到。工程师需要理解,粘度与气体密度是完全不同的、而且是相互独立的两种性质,有许多人常常会将此两种物理性质搞混淆。在其它物理量保持不变的情况下,气体温度升高,则气体的密度会降低,反过来,随着温度的降低,气体的密度则会升高。换言之,随温度的升高,气体会变得“稀薄”起来。从此种概念上来说,我们可能会不正确的想象和推测出,“这种情况下的气体不是更易于微粒通过吗?”尽管气体密度对一种物体(微粒)移动并穿过此种气体时所需的能耗有很大的影响作用,但其对在绝大多数工业条件下的一种可移动并穿过此种气体的物体(微粒),在移动并穿过此气体时的“流畅性”却没有太大的作用。